DCS控制系統的相關(guān)知識

 概    述

DCS是分散控制系統（DistributedControlSystem）的簡(jiǎn)稱(chēng)，國內一般習慣稱(chēng)為集散控制系統。它是一個(gè)由過(guò)程控制級和過(guò)程監控級組成的以通信網(wǎng)絡(luò )為紐帶的多級計算機系統，綜合了計算機（Computer）、通訊（Communication）、顯示（CRT）和控制（Control）等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級管理、配置靈活、組態(tài)方便。

特    點(diǎn)

高可靠性

由于DCS將系統控制功能分散在各臺計算機上實(shí)現，系統結構采用容錯設計，因此某一臺計算機出現的故障不會(huì )導致系統其它功能的喪失。此外，由于系統中各臺計算機所承擔的任務(wù)比較單一，可以針對需要實(shí)現的功能采用具有特定結構和軟件的專(zhuān)用計算機，從而使系統中每臺計算機的可靠性也得到提高。

開(kāi)放性

DCS采用開(kāi)放式、標準化、模塊化和系列化設計，系統中各臺計算機采用局域網(wǎng)方式通信，實(shí)現信息傳輸，當需要改變或擴充系統功能時(shí)，可將新增計算機方便地連入系統通信網(wǎng)絡(luò )或從網(wǎng)絡(luò )中卸下，幾乎不影響系統其他計算機的工作。

靈活性

通過(guò)組態(tài)軟件根據不同的流程應用對象進(jìn)行軟硬件組態(tài)，即確定測量與控制信號及相互間連接關(guān)系、從控制算法庫選擇適用的控制規律以及從圖形庫調用基本圖形組成所需的各種監控和報警畫(huà)面，從而方便地構成所需的控制系統。

易于維護

功能單一的小型或微型專(zhuān)用計算機，具有維護簡(jiǎn)單、方便的特點(diǎn)，當某一局部或某個(gè)計算機出現故障時(shí)，可以在不影響整個(gè)系統運行的情況下在線(xiàn)更換，迅速排除故障。

協(xié)調性

各工作站之間通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )傳送各種數據，整個(gè)系統信息共享，協(xié)調工作，以完成控制系統的總體功能和優(yōu)化處理。

控制功能齊全

控制算法豐富，集連續控制、順序控制和批處理控制于一體，可實(shí)現串級、前饋、解耦、自適應和預測控制等先進(jìn)控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。DCS的構成方式十分靈活，可由專(zhuān)用的管理計算機站、操作員站、工程師站、記錄站、現場(chǎng)控制站和數據采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計算機和可編程控制器構成。處于底層的過(guò)程控制級一般由分散的現場(chǎng)控制站、數據采集站等就地實(shí)現數據采集和控制，并通過(guò)數據通信網(wǎng)絡(luò )傳送到生產(chǎn)監控級計算機。生產(chǎn)監控級對來(lái)自過(guò)程控制級的數據進(jìn)行集中操作管理，如各種優(yōu)化計算、統計報表、故障診斷、顯示報警等。隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，DCS可以按照需要與更高性能的計算機設備通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接來(lái)實(shí)現更高級的集中管理功能，如計劃調度、倉儲管理、能源管理等。

結    構

從結構上劃分，DCS包括過(guò)程級、操作級和管理級。過(guò)程級主要由過(guò)程控制站、I/O單元和現場(chǎng)儀表組成，是系統控制功能的主要實(shí)施部分。操作級包括：操作員站和工程師站，完成系統的操作和組態(tài)。管理級主要是指工廠(chǎng)管理信息系統（MIS系統），作為DCS更高層次的應用，目前國內紙行業(yè)應用到這一層的系統較少。

DCS的控制程序：DCS的控制決策是由過(guò)程控制站完成的，所以控制程序是由過(guò)程控制站執行的。

過(guò)程控制站的組成：

DCS的過(guò)程控制站是一個(gè)完整的計算機系統，主要由電源、CPU（中央處理器）、網(wǎng)絡(luò )接口和I/O組成。I/O：控制系統需要建立信號的輸入和輸出通道，這就是I/O。DCS中的I/O一般是模塊化的，一個(gè)I/O模塊上有一個(gè)或多個(gè)I/O通道，用來(lái)連接傳感器和執行器（調節閥）。I/O單元：通常，一個(gè)過(guò)程控制站是有幾個(gè)機架組成，每個(gè)機架可以擺放一定數量的模塊。CPU所在的機架被稱(chēng)為CPU單元，同一個(gè)過(guò)程站中只能有一個(gè)CPU單元，其他只用來(lái)擺放I/O模塊的機架就是I/O單元。

日  常  維  護

1、 過(guò)程通道故障：過(guò)程通道故障出現最多的是I/O卡故障。I/O卡故障一般的判斷與處理：通過(guò)系統診斷，更換通道或通過(guò)更換備用件處理，至于其內部元件老化或是其他原因造成的損壞，一般控制人員不好判斷。I/O卡的檢修一般是由廠(chǎng)家處理，目前的熱控檢修人員的手段還不能達到像檢修常規儀表那樣檢修。而且生產(chǎn)廠(chǎng)家的I/O卡件已制造成一體化的趨勢，這樣只能購買(mǎi)備件。好在這類(lèi)故障只是在調試階段出現較多，正常運行中出現幾率很低。一次元件或控制設備出現故障有時(shí)不能直接被操作員發(fā)現，只有異常或報警后才通知熱控人員處理。這樣對檢修人員和運行人員的素質(zhì)要求就要提高，運行人員要詳細介紹故障前后的狀態(tài)便于熱控檢修人員能夠快速、準確地處理缺陷，減少故障的擴大化，另外許多DCS廠(chǎng)家在產(chǎn)品宣傳上都支持卡件熱撥，做為控制人員，在運行中更換卡件時(shí)一定要做好安全防護措施否則會(huì )引起系統變化或負荷變化，尤其數字量卡件。

2 、對于操作員站死機無(wú)論國產(chǎn)與進(jìn)口設備都有相關(guān)的報道，那么究其原因比較多，硬盤(pán)或卡件故障，冷卻風(fēng)扇負荷過(guò)重等等，有時(shí)會(huì )發(fā)生人為操作現象，一般在修改控制邏輯下裝軟件重啟設備或強制設備保護信號時(shí)，最易發(fā)生操作事件，輕則設備異常，重則易造成設備停運后果非常嚴重；對死機后重啟，不同廠(chǎng)家的啟動(dòng)時(shí)間不同，少則幾十秒，多則幾分鐘，人為該操作發(fā)生的故障在熱工專(zhuān)業(yè)中的不安全事件中占有很大比例，在操作中尤為引起高度重視，減少人為故障。

3、球標操作不正常，一般是由于機械裝置長(cháng)期工作、老化、污染、點(diǎn)通斷不可靠、電纜插件不牢等這樣的就需要換檢查即可。

4、控制操作失靈：是由于球標的操作信號沒(méi)有正常改變過(guò)程通道的狀態(tài)，造成操作失效，這是2個(gè)方面造成的，一個(gè)方面是軟件缺陷，另一方面是硬件本身故障的狀態(tài)針對這樣的缺陷通常做法檢查過(guò)程通道功能正常后，再檢查操作遠必要時(shí)進(jìn)行重起初始操作。

5、對于薄膜鍵盤(pán)主要是鍵盤(pán)接觸不良信號電纜松動(dòng)或主機誤動(dòng)鍵盤(pán)或啟動(dòng)不完整都可以導致其功能不正常應用針對不同情況處理。

6、打印機不工作一般是由于配置的原因，這樣的故障應檢查打印機的設置及其硬件是否正常進(jìn)行處理。報表軟件功能不強主要表現在由于打印機打印報表和SOE等造成死機，或者打印機的SOE記錄時(shí)問(wèn)與實(shí)際情況不符；SOE打印瀏覽后不能返回歷史曲線(xiàn)；SOE時(shí)間順序不一致有時(shí)偏差很大，這會(huì )延誤事故分析的進(jìn)展時(shí)，有時(shí)還會(huì )誤導分析方向，SOE問(wèn)題既與系統設計不合理，SOE點(diǎn)沒(méi)完全集中在一個(gè)DPU上的有關(guān)，也與系統硬件及軟件設計考慮不周有關(guān)。這種故障的出現，通過(guò)分析認為這主要是對電廠(chǎng)的總體方面考慮的不太完美，在小的方面還不夠仔細會(huì )出現這樣那樣的故障，針對這種情況要認真對待，不放過(guò)蛛絲馬跡，與廠(chǎng)家認真研究提出問(wèn)題進(jìn)一步完善，讓該系統更好地為生產(chǎn)服務(wù)。

7、 電源故障：電源故障問(wèn)題較多，保險配置不合理，備用電源不能自投，電源波動(dòng)引起保護誤動(dòng)及接插頭接觸不良易造成無(wú)電源。針對電源故障處理相對比較容易。首先，認真核對保險的配置及容量，真正起到保險的作用；其次，UPS的配備很重要，它可以在電源波動(dòng)時(shí)也能保證系統正常供電，而且要考慮冗余和備用問(wèn)題。

8、 干擾造成的故障：對于干擾主要是接地問(wèn)題，備用電源的切換和大功率的無(wú)線(xiàn)通信設備如手機、對講機等。另外還有DCS系統的干擾信號可能由本身造成的。那么對于DCS系統的接地問(wèn)題越來(lái)越引起人們的重視，尤其在電力行業(yè)，大功率電器設備的啟動(dòng)和停止都會(huì )干擾DCS的控制信號，造成不必要的故障。為了防止干擾信號串入系統，嚴格執行屏蔽和接地要求和方式，信號線(xiàn)遠離干擾源，同時(shí)采取防電源波動(dòng)措施。主/從過(guò)程處理機之間在機組運行時(shí)，除非萬(wàn)不得以，盡量不要人為切換，已防產(chǎn)生干擾，如必須切換，應采取措施，先將控制切手動(dòng)，以免對機組運行工況產(chǎn)生影響。對電子設備問(wèn)、工程師站等重點(diǎn)部位，應絕對禁止使用大功率無(wú)線(xiàn)電通信設備。

和sis及mis的區別

1.DCS

集散控制系統 (Distributed  Control  system)  是以微處理器為基礎的集中分散型控制系統。自70年代中期第一套集散控制系統問(wèn)世以來(lái)，集散控制系統已經(jīng)在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛應用。集散控制系統的主要特性是通過(guò)實(shí)時(shí)監控達到集中管理和分散控制。

2.SIS

廠(chǎng)級監控信息系統 ( Supervisory  Informntion  System )是集過(guò)程實(shí)時(shí)監測、優(yōu)化控制及生產(chǎn)過(guò)程管理為一體的廠(chǎng)級自動(dòng)化信息系統。SIS的目標是通過(guò)大規模的數據搜集處理，實(shí)現生產(chǎn)實(shí)時(shí)信息與管理信息的共享，在此基礎上，通過(guò)計算、分析、統計、優(yōu)化、數據挖掘手段，實(shí)現化工廠(chǎng)生產(chǎn)過(guò)程監視、工藝設備性能及經(jīng)濟指標分析和運行指導。主要特性體現再系統決策支持上。

3. MIS

管理信息系統 ( Management  Information  System) ，是一個(gè)由人、計算機等組成的能進(jìn)行信息的收集、傳送、儲存、維護和使用的系統，能夠實(shí)測企業(yè)的各種運行情況，并利用過(guò)去的歷史數據預測未來(lái)，從企業(yè)全局的角度出發(fā)輔助企業(yè)進(jìn)行決策，利用信息控制企業(yè)的行為，幫助企業(yè)實(shí)現其規劃目標。這里給出的定義強調了管理信息系統的功能和性質(zhì)，也強調了管理信息系統中的計算機對企業(yè)管理而言只是一種工具。

和PLC區別

DCS：分散控制系統（distributedcontrol systems）。

PLC：可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller）。

DCS更側重于過(guò)程控制領(lǐng)域（如化工、冶煉、制藥等）主要是一些現場(chǎng)參數的監視和調節控制，而PLC則側重于邏輯控制（機械加工類(lèi)）。當然現在的PLC也能很好的處理過(guò)程控制問(wèn)題，但是沒(méi)有DCS專(zhuān)業(yè)。

模擬量大于100個(gè)點(diǎn)以上的，一般采用DCS；模擬量在100個(gè)點(diǎn)以?xún)鹊模话悴捎肞LC。

DCS是一種“分散式控制系統”，而 PLC只是一種控制“裝置”，兩者是“系統”與“裝置”的區別。系統可以實(shí)現任何裝置的功能與協(xié)調，PLC裝置只實(shí)現本單元所具備的功能。

DCS網(wǎng)絡(luò )是整個(gè)系統的中樞神經(jīng)，DCS系統通常采用的國際標準協(xié)議 TCP/IP。它是安全可靠雙冗余的高速通訊網(wǎng)絡(luò )，系統的拓展性與開(kāi)放性更好。而 PLC因為基本上都為單個(gè)小系統工作，在與別的PLC或上位機進(jìn)行通訊時(shí)，所采用的網(wǎng)絡(luò )形式基本都是單網(wǎng)結構，網(wǎng)絡(luò )協(xié)議也經(jīng)常與國際標準不符。

DCS系統所有 I/O模塊都帶有 CPU，可以實(shí)現對采集及輸出信號品質(zhì)判斷與標量變換，故障帶電拔，隨機更換。而PLC模塊只是簡(jiǎn)單電氣轉換元，沒(méi)有智能芯片，故障后相應單元全部癱瘓。

優(yōu)  缺  點(diǎn)

DCS的優(yōu)點(diǎn)：DCS靈活性強，支持帶電熱拔插，支持在線(xiàn)下載新增加的控制邏輯程序，支持在線(xiàn)添加IO模板。DCS通過(guò)局域星型環(huán)網(wǎng)可以現實(shí)多個(gè)控制站共享數據。DCS擴展工程相對方便點(diǎn)。
現在工業(yè)控制主流還是DCS。

DCS的缺點(diǎn)相對少點(diǎn)，無(wú)非就是小系統時(shí)成本較高，對數字量控制和時(shí)序控制一塊不是很強大，實(shí)現不了或者是編程太過(guò)于復雜，一般的工程師還無(wú)法完成。 DCS開(kāi)放性還遠遠不夠，或者是說(shuō)需要第三方儀表或控制系統與DCS通訊，采用RS485或網(wǎng)關(guān)來(lái)轉換實(shí)現通訊的硬件成本很高。
其實(shí)DCS內部核心就是32位ARM微處理器。